一種相干自適應(yīng)光學(xué)像差校正系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于光學(xué)顯微成像技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種相干自適應(yīng)光學(xué)像差校正系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]我們知道，在對生物細(xì)胞進(jìn)行活體成像時，常常由于生物樣品表面的不平整性和樣品內(nèi)部折射率分布不均勻性，使系統(tǒng)引入了較大的像差，最終導(dǎo)致獲得的圖片質(zhì)量較差。目前，已有的像差校正方法為自適應(yīng)光學(xué)像差校正，這是一種傳統(tǒng)的像差校正方法，它需要在生物樣品中植入?yún)⒖脊庠?一般為熒光珠等熒光材料)，這樣對生物樣品有較大的傷害，且限制了該方法在活體成像上的應(yīng)用。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本實用新型提供了一種相干自適應(yīng)光學(xué)像差校正系統(tǒng)，其目的在于通過調(diào)控兩束相干光中某一束光的相位，來實現(xiàn)對兩束光的相干加強和相干減弱的操控，從而實現(xiàn)了顯微系統(tǒng)的像差校正；旨在解決深層組織細(xì)胞活體成像質(zhì)量差的技術(shù)問題。
[0004]本實用新型提供了一種相干自適應(yīng)光學(xué)像差校正系統(tǒng)，包括:激光光源，反光鏡M，依次設(shè)置在所述激光光源與所述反光鏡之間且位于所述反光鏡的入射光路上的用于控制激光光強的中性光密度濾光片、用于控制激光的偏振方向的半波片和用于調(diào)整激光光束直徑的擴(kuò)束鏡，空間光調(diào)制器，依次設(shè)置在所述空間光調(diào)制器的反射光路上的用于調(diào)整反射光束直徑的透鏡組、對調(diào)整后的激光進(jìn)行聚焦后用于激發(fā)樣品的第二物鏡L2、用于收集樣品發(fā)出的信號光的第一物鏡L1、用于對第一物鏡L1收集的信號光進(jìn)行聚焦的透鏡L7和用于采集聚焦后的信號光并進(jìn)行實時成像的CCD，以及用于控制所述空間光調(diào)制器和所述CCD并確保空間光調(diào)制器灰度圖加載更新速率與所述CCD的采集速率同步的控制模塊；所述反光鏡的反射光作為所述空間光調(diào)制器的入射光，通過所述反光鏡控制所述空間光調(diào)制器的入射光與其反射光之間的夾角。
[0005]更進(jìn)一步地，所述空間光調(diào)制器的入射光與其平面法線方向之間的夾角為3°?
9° ο
[0006]更進(jìn)一步地，所述夾角優(yōu)選為6°。
[0007]更進(jìn)一步地，所述空間光調(diào)制器的液晶層中液晶分子為平行排列，其排列方向與空間光調(diào)制器的液晶面板長邊的方向一致。
[0008]更進(jìn)一步地，所述空間光調(diào)制器SLM的入射光的偏振方向與所述空間光調(diào)制器的液晶面板長邊的方向一致。
[0009]更進(jìn)一步地，所述擴(kuò)束鏡包括依次設(shè)置的第一透鏡L3和第二透鏡L4 ;經(jīng)過所述擴(kuò)束鏡擴(kuò)束后的光束的直徑等于所述空間光調(diào)制器的液晶面板的窄邊尺寸。
[0010]更進(jìn)一步地，經(jīng)過擴(kuò)束鏡前、后的光束滿足如下關(guān)系r0*f4 = rl*f3 ；r0為擴(kuò)束前光束的光斑半徑，π為擴(kuò)束后光束的光斑半徑，f3為所述第一透鏡的焦距，f4為所述第二透鏡的焦距，2rl為空間光調(diào)制器的液晶面板的窄邊尺寸。
[0011]更進(jìn)一步地，所述透鏡組包括依次設(shè)置的第三透鏡L5和第四透鏡L6，依次經(jīng)過所述第三透鏡L5和第四透鏡L6后的光束的直徑等于所述第二物鏡L2的光瞳直徑。
[0012]更進(jìn)一步地，所述激光光源產(chǎn)生波長為633nm的激光。
[0013]本實用新型通過調(diào)控兩束相干光中某一束光的相位，來實現(xiàn)對兩束光的相干加強和相干減弱的操控，從而實現(xiàn)了顯微系統(tǒng)的像差校正；無需在樣品中植入?yún)⒖脊庠?，且像差校正的速度快，因此非常適合用于活體樣品的深層像差校正成像。
【附圖說明】
[0014]圖1是本實用新型實施例提供的相干自適應(yīng)光學(xué)像差校正系統(tǒng)的光路結(jié)構(gòu)圖；
[0015]圖2是模擬在自由空間中參考光與調(diào)制光之間的相干示意圖；
[0016]圖3是空間光調(diào)制器相位加載分區(qū)示意圖；
[0017]圖4中(a)為第一次像差校正過程中采集的點陣圖，(b)為通過點陣圖得到的光斑強度隨時間的變化曲線圖，(c)為經(jīng)過傅里葉變換后得到的強度頻域圖，(d)為相位頻域圖；
[0018]圖5中(a)是第二次進(jìn)行像差校正過程中產(chǎn)生的點陣圖，(b)為最后校正完成的點陣圖。
【具體實施方式】
[0019]為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0020]本實用新型提供了一種相干自適應(yīng)光學(xué)像差校正的方法和系統(tǒng)，旨在解決深層組織細(xì)胞活體成像像差的問題。尤其適用于深層生物細(xì)胞的活體顯微成像。
[0021]本實用新型實施例提供了一種相干自適應(yīng)光學(xué)像差校正系統(tǒng)，包括:
[0022]激光光源，用于產(chǎn)生激光，激光波長為633nm ；
[0023]中性光密度濾光片(Neutral density filter，NDF)，用于接收所述激光并控制所述激光的光強；具體地，可以通過旋轉(zhuǎn)濾波片來控制激光的光強，濾波片可以為圓輪狀的，通過旋轉(zhuǎn)輪子就可以控制光的強度。
[0024]半波片，用于控制光的偏振方向；半波片即二分之一玻片，二分之一玻片可以是圓盤狀的，刻度是0-360°，控制的最好方法是通過緩慢轉(zhuǎn)動二分之一玻片在CCD上得到最強的光斑時，此時的二分之一玻片的角度為最佳角度。
[0025]透鏡組合(L3和L4)，用于擴(kuò)束，使激光光束的直徑大小剛好能與空間光調(diào)制器(Spatial light modulator, SLM)的液晶面窄邊的尺寸大小一致；若初始的光斑半徑為rO，擴(kuò)束后光斑的半徑為rl，兩個透鏡的焦距分別為f3、f4.他們之間滿足r0*f4 = rl*f3的關(guān)系式。其中2*rl即為SLM的窄邊尺寸。其中，SLM的液晶面板的所有尺寸均是已知的。
[0026]反光鏡(M)，用于控制空間光調(diào)制器SLM的入射光和反射光之間的夾角，確保兩束光之間的夾角在12°，這樣可以最大限度提高液晶面的反射效率，降低光的損耗。
[0027]空間光調(diào)制器(SLM)，用于產(chǎn)生我們需要的灰度圖，來實現(xiàn)對光的相干性進(jìn)行調(diào)控。
[0028]透鏡組合(L5和L6)，用于調(diào)整經(jīng)過SLM反射后光束的直徑大小，確保經(jīng)過調(diào)整后的光束大小剛好能覆蓋第二物鏡(L2)的光瞳(其中，光瞳的大小是固定已知的，通過前面的換算公式就可以知道L5，L6用多大的焦距比較合適)，這樣可以最大限度地發(fā)揮物鏡的性能。
[0029]第一物鏡(L1)，用于收集樣品發(fā)出的信號光；
[0030]第二物鏡(L2)，對調(diào)整后的激光進(jìn)行聚焦后激發(fā)樣品；
[0031]透鏡(L7)，用于對第一物鏡(L1)收集的信號光進(jìn)行聚焦；
[0032]CCD，采集聚焦后的信號光，并進(jìn)行實時成像；
[0033]控制模塊，用于控制空間光調(diào)制器SLM和(XD，確保空間光調(diào)制器灰度圖加載更新速率與(XD的采集速率同步。具體地，可以通過MATLAB軟件實現(xiàn)，MATLAB中有控制SLM和CCD的模塊，在編寫程序時直接調(diào)用就可以。
[0034]本實用新型實施例，首先依次對SLM相位調(diào)制度進(jìn)行測量、伽馬校正和液晶面分區(qū)，影響SLM調(diào)制特性的主要因素包括:波長、入射光的偏振態(tài)以及入射角。同樣的灰度信號，波長越短，SLM引起的相位延遲越大。本實用新型實施例所用的液晶層中液晶分子為平行排列，排列方向與SLM面板長邊的方向一致，實際應(yīng)用中為了獲得最大的相位調(diào)整度，應(yīng)該調(diào)整入射光的偏振方向與長邊方向一致。
[0035]此外，在使用中應(yīng)該保持入射光束以盡可能小的入射角(入射角最佳為6度)入射SLM液晶面，原則上入射光束與SLM平面法線方向的夾角應(yīng)該控制在6°以內(nèi)。伽馬校正，主要是對SLM的調(diào)整特性進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化的目的是使SLM產(chǎn)生良好的純相位調(diào)制，使相位調(diào)制度隨256 (0?255)灰階度信號線性地從0變到2 π。
[0036]伽馬校正完成后，需要確認(rèn)SLM液晶面的分區(qū)方式，本實用新型實施例中將SLM的液晶面分成3 X 3的9個區(qū)域，每個區(qū)域都賦值一個頻率(ω工)，然后讓這9個區(qū)域的相位隨時間周期性變化。由于這九個區(qū)域?qū)⑷肷涞墓馐殖?束，每一束都會與其它的8束形成相干，因此隨著時間的變化，相干減弱和相關(guān)加強也成周期性變化。
[0037]本實用新型實施例中，在進(jìn)行相干自適應(yīng)光學(xué)像差校正時，點亮激光器，調(diào)節(jié)NDF使激光強度降到滿足我們要求的范圍內(nèi)(CCD采集的所有光斑都不要溢出為準(zhǔn)，最亮的地方灰度值為255即可)，旋轉(zhuǎn)半波片的角度使激光的偏振方向與液晶面的長邊平行(旋轉(zhuǎn)二分之一玻片，在CCD上得到光斑強度最強的時候，就是玻片調(diào)到最佳的時候，因為SLM在光路中位置是固定的，因此只用調(diào)二分之一玻片即可。)，接著調(diào)節(jié)透鏡組(L3和L4)使激光的光束放大變粗，將激光光束放大到使其直徑與液晶面的寬邊一致即可，放大后的光束經(jīng)過SLM的液晶面的調(diào)整和反射后，經(jīng)過透鏡組合(L5和L6)的調(diào)整，使光束的大小調(diào)整到與物鏡(L2)的光瞳大小相當(dāng)為佳，在物鏡(L2)的焦面上放置一塊散射性強的透明樣品(厚度約為100 μm)，經(jīng)過物鏡(L1)聚焦后的光斑經(jīng)過樣品后會發(fā)生散射，然后用物鏡(L1)來收集散射后的光，在物鏡(L1)的后面再加一塊透鏡L7，對物鏡(L1)收集的散射光進(jìn)行聚焦成像，在透鏡L7的焦點上放置CCD，采集信號